CN107422429A - 光电收发功能一体的SiP封装结构及其工艺方法 - Google Patents

光电收发功能一体的SiP封装结构及其工艺方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种光电收发功能一体的SiP封装结构及其工艺方法，所述结构包括一基板（1），所述基板（1）上贴装有光发送器（2）和光接收器（3），所述光发送器（2）和光接收器（3）外设置有金属外壳（4），所述金属外壳（4）内部设置有透镜（5），所述金属外壳（4）外贴装有芯片（6）和无源器件（7），所述金属外壳（4）、芯片（6）和无源器件（7）外设置有金属盖（9），所述金属外壳（4）的上空心圆柱体（4.1）上端露出金属盖（9）形成光口（10）。本发明采用金属外壳部件，将光电发送模块和接收模块集成在一个SiP封装中，缩减了现有产品繁杂的工艺，提高生产效率，同时提升了产品的抗外力能力及密闭性。

Description

光电收发功能一体的SiP封装结构及其工艺方法
技术领域
本发明涉及一种光电收发功能一体的SiP封装结构及其工艺方法，属于半导体封装技术领域。
背景技术
光纤技术已经越来越普及，光电模块已经被广泛的应用。目前的光电模块主要由接收光学子装配、发送光学子装配、光接口、内部电路板、导热架和外壳等部分组装而成（参见图1）。其中发送光学子装配是将光发送器件组装于发送侧PCB上，光发送器件一般又由激光器（激光二极管）、背光管（背光检测管）、热敏电阻、TEC制冷器以及光学准直机构等元部件集成在一个金属管壳内部；接收光学子装配是将光接收器件组装于接收侧PCB上，光接收器件一般又由光电探测器（APD管或PIN管）、前置放大器以及热敏电阻等元部件集成在一个金属管壳内部。完成一个完整的光电收发一体模块结构，需要一级一级组装完成，整个过程工序多，生产效率比较低，并且组装式光电收发一体模块结构的抗外力能力比较差，组装式光电收发一体模块结构的密闭性也不够好，容易遭受水汽侵蚀。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种光电收发功能一体的SiP封装结构及其工艺方法，它通过特殊的金属外壳部件，配合SiP封装工艺，将光电模块的发送模块和接收模块以及光电模块的控制电路集成在一个SiP封装中，缩减了现有产品繁杂的工艺，提高生产效率，同时提升了产品的抗外力能力及密闭性。
本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种光电收发功能一体的SiP封装结构，它包括一基板，所述基板上贴装有光发送器和光接收器，所述光发送器包括第一铜块，所述第一铜块侧面贴装有激光器，所述激光器下方的基板上贴装有背光板，所述背光板和激光器通过第一金属线连接至基板，所述光接收器包括第二铜块，所述第二铜块上贴装有探测器和前放IC，所述探测器与前放IC之间、探测器与第二铜块之间以及前放IC与第二铜块之间均通过第一金属线相连接，所述光发送器和光接收器外均设置有金属外壳，所述金属外壳为一空心旋转体，包括上空心圆柱体和下空心圆柱体，上空心圆柱体的直径小于下空心圆柱体的直径，所述上空心圆柱体内部下侧设置有透镜，所述金属外壳外部的基板上贴装有芯片和无源器件，所述芯片通过第二金属线连接至基板上，所述金属外壳、芯片和无源器件外的基板上设置有金属盖，所述金属盖上开设有圆孔，所述金属盖的圆孔套装于金属外壳的上空心圆柱体上，所述金属外壳的上空心圆柱体上端露出金属盖形成光口。
所述光发送器的元件和光接收器的元件分别设置于各自金属外壳内的透镜下方。
所述光发送器的激光器中心和背光板中心与其外侧的金属外壳的圆柱形通孔中心以及金属外壳内的透镜中心依次在同一直线上。
所述光接收器的探测器中心与其外侧的金属外壳的圆柱形通孔中心以及金属外壳内的透镜中心依次在同一直线上。
所述圆孔与上空心圆柱体之间的缝隙处设置有密封胶。
一种光电收发功能一体的SiP封装结构的工艺方法，所述方法包括以下步骤：
步骤一、取一基板；
步骤二、在基板上贴装第一铜块和第二铜块；
步骤三、在第一铜块上贴装激光器，激光器下方基板上贴装背光管形成光发送器，在第二铜块上贴装探测器和前放IC形成光接收器，在光发送器和光接收器外围的基板上进行装片打线以及贴装无源器件；
步骤四、在光发送器和光接收器外贴装金属外壳，金属外壳为一空心旋转体，包括上空心圆柱体和下空心圆柱体，上空心圆柱体的直径小于下空心圆柱体的直径，所述上空心圆柱体内部下侧设置有透镜，光发送器和光接收器的元件分别设置于各自金属外壳内的透镜下方；
步骤五、在金属外壳、芯片和无源器件外设置金属盖将整个封装保护起来，金属盖上开设有圆孔，金属外壳的上空心圆柱体穿出圆孔形成光口；
步骤六、通过切割工序得到单个封装单元。
步骤五之后使用密封胶将圆孔与上空心圆柱体之间的缝隙密封起来。
步骤二中的第一铜块和第二铜块由基板通过表面贴装工艺实现，或由MIS通过电镀铜凸块的工艺实现。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1、相比于传统的光模块，本发明通过使用SiP封装工艺将光收发组件及原本的PCB控制电路板一起集成在SiP封装模块中，省去了传统光模块一级、二级、三级组装工序，模组化生产模式可以提高生产效率；并且塑封于一体的结构，可以增强产品抗外力的能力；
2、相比传统的光模块，本发明将带有空腔和透镜的金属件贴装在基板上，将发光或收光芯片密封起来，然后再将一个顶部带有孔的金属盖将整个封装密封起来，这个孔的尺寸与金属件的光口尺寸形成配合，最后将配合位置通过点胶的方式密封起来，以完成整个封装的密，可增加产品的密闭性，避免产品内部电路及电子器件遭受水汽侵蚀。
附图说明
图1为现有的光电收发一体模块的结构示意图。
图2为本发明一种光电收发功能一体的SiP封装结构的示意图。
图3为图2结构中光发送器的左视图。
图4~图9为本发明一种光电收发功能一体的SiP封装结构工艺方法的各工序流程图。
其中：
基板1
光发送器2
第一铜块2.1
激光器2.2
背光板2.3
第一金属线2.4
光接收器3
第二铜块3.1
探测器3.2
前放IC3.3
金属外壳4
上空心圆柱体4.1
下空心圆柱体4.2
透镜5
芯片6
无源器件7
第二金属线8
金属盖9
光口10
密封胶11。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
如图2、图3所示，本实施例中的一种光电收发功能一体的SiP封装结构，它包括一基板1，所述基板1上贴装有光发送器2和光接收器3，所述光发送器2包括第一铜块2.1，所述第一铜块2.1侧面贴装有激光器2.2，所述激光器2.2下方的基板1上贴装有背光板2.3，所述背光板2.3和激光器2.2通过第一金属线2.4连接至基板1，所述光接收器3包括第二铜块3.1，所述第二铜块3.1上贴装有探测器3.2和前放IC3.3，所述探测器3.2与前放IC3.3之间、探测器3.2与第二铜块3.1之间以及前放IC3.3与第二铜块3.1之间均通过第一金属线2.4相连接，所述光发送器2和光接收器3外均设置有金属外壳4，所述金属外壳4为一空心旋转体，包括上空心圆柱体4.1和下空心圆柱体4.2，上空心圆柱体4.1的直径小于下空心圆柱体4.2的直径，所述上空心圆柱体4.1内部下侧设置有透镜5，所述金属外壳4外部的基板1上贴装有芯片6和无源器件7，所述芯片6通过第二金属线8连接至基板1上，所述金属外壳4、芯片6和无源器件7外的基板1上设置有金属盖9，所述金属盖9上开设有圆孔9.1，所述金属盖9的圆孔9.1套装于金属外壳4的上空心圆柱体4.1上，所述圆孔9.1与上空心圆柱体4.1之间的缝隙处设置有密封胶11，所述金属外壳4的上空心圆柱体4.1上端露出金属盖9形成光口10；
所述光发送器2的元件和光接收器3的元件分别设置于各自金属外壳4内的透镜5下方；
所述光发送器2的激光器2.2中心和背光板2.3中心与其外侧的金属外壳4的圆柱形通孔中心以及金属外壳4内的透镜5中心依次在同一直线上；
所述光接收器3的探测器3.2中心与其外侧的金属外壳4的圆柱形通孔中心以及金属外壳4内的透镜5中心依次在同一直线上。
其工艺方法包括以下步骤：
步骤一、参见图4，取一基板；
步骤二、参见图5，在基板上贴装第一铜块和第二铜块；
步骤三、参见图6，在第一铜块上贴装激光器，激光器下方基板上贴装背光管形成光发送器，在第二铜块上贴装探测器和前放IC形成光接收器，在光发送器和光接收器外围的基板上进行装片打线以及贴装无源器件；
步骤四、参见图7，在光发送器和光接收器外贴装金属外壳，金属外壳为一空心旋转体，包括上空心圆柱体和下空心圆柱体，上空心圆柱体的直径小于下空心圆柱体的直径，所述上空心圆柱体内部下侧设置有透镜，光发送器和光接收器的元件分别设置于各自金属外壳内的透镜下方；
步骤五、参见图8，在金属外壳、芯片和无源器件外设置金属盖将整个封装保护起来，金属盖上开设有圆孔，金属外壳的上空心圆柱体穿出圆孔形成光口；
步骤六、参加图9，使用密封胶将圆孔与上空心圆柱体之间的缝隙密封起来；
步骤七、通过切割工序得到单个封装单元。
步骤二中的第一铜块和第二铜块可由基板通过表面贴装工艺实现，也可由MIS通过电镀铜凸块的工艺实现；
除上述实施例外，本发明还包括有其他实施方式，凡采用等同变换或者等效替换方式形成的技术方案，均应落入本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种光电收发功能一体的SiP封装结构，其特征在于：它包括一基板（1），所述基板（1）上贴装有光发送器（2）和光接收器（3），所述光发送器（2）包括第一铜块（2.1），所述第一铜块（2.1）侧面贴装有激光器（2.2），所述激光器（2.2）下方的基板（1）上贴装有背光板（2.3），所述背光板（2.3）和激光器（2.2）通过第一金属线（2.4）连接至基板（1），所述光接收器（3）包括第二铜块（3.1），所述第二铜块（3.1）上贴装有探测器（3.2）和前放IC（3.3），所述探测器（3.2）与前放IC（3.3）之间、探测器（3.2）与第二铜块（3.1）之间以及前放IC（3.3）与第二铜块（3.1）之间均通过第一金属线（2.4）相连接，所述光发送器（2）和光接收器（3）外均设置有金属外壳（4），所述金属外壳（4）为一空心旋转体，包括上空心圆柱体（4.1）和下空心圆柱体（4.2），上空心圆柱体（4.1）的直径小于下空心圆柱体（4.2）的直径，所述上空心圆柱体（4.1）内部下侧设置有透镜（5），所述金属外壳（4）外部的基板（1）上贴装有芯片（6）和无源器件（7），所述芯片（6）通过第二金属线（8）连接至基板（1）上，所述金属外壳（4）、芯片（6）和无源器件（7）外的基板（1）上设置有金属盖（9），所述金属盖（9）上开设有圆孔（9.1），所述金属盖（9）的圆孔（9.1）套装于金属外壳（4）的上空心圆柱体（4.1）上，所述金属外壳（4）的上空心圆柱体（4.1）上端露出金属盖（9）形成光口（10）。
2.根据权利要求1所述的一种光电收发功能一体的SiP封装结构，其特征在于：所述光发送器（2）的元件和光接收器（3）的元件分别设置于各自金属外壳（4）内的透镜（5）下方。
3.根据权利要求1所述的一种光电收发功能一体的SiP封装结构，其特征在于：所述光发送器（2）的激光器（2.2）中心和背光板（2.3）中心与其外侧的金属外壳（4）的圆柱形通孔中心以及金属外壳（4）内的透镜（5）中心依次在同一直线上。
4.根据权利要求1所述的一种光电收发功能一体的SiP封装结构，其特征在于：所述光接收器（3）的探测器（3.2）中心与其外侧的金属外壳（4）的圆柱形通孔中心以及金属外壳（4）内的透镜（5）中心依次在同一直线上。
5.根据权利要求1所述的一种光电收发功能一体的SiP封装结构，其特征在于：所述圆孔（9.1）与上空心圆柱体（4.1）之间的缝隙处设置有密封胶（11）。
6.一种光电收发功能一体的SiP封装结构的工艺方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：
步骤一、取一基板；
步骤二、在基板上贴装第一铜块和第二铜块；
步骤三、在第一铜块上贴装激光器，激光器下方基板上贴装背光管形成光发送器，在第二铜块上贴装探测器和前放IC形成光接收器，在光发送器和光接收器外围的基板上进行装片打线以及贴装无源器件；
步骤四、在光发送器和光接收器外贴装金属外壳，金属外壳为一空心旋转体，包括上空心圆柱体和下空心圆柱体，上空心圆柱体的直径小于下空心圆柱体的直径，所述上空心圆柱体内部下侧设置有透镜，光发送器和光接收器的元件分别设置于各自金属外壳内的透镜下方；
步骤五、在金属外壳、芯片和无源器件外设置金属盖将整个封装保护起来，金属盖上开设有圆孔，金属外壳的上空心圆柱体穿出圆孔形成光口；
步骤六、通过切割工序得到单个封装单元。
7.根据权利要求6所述的一种光电收发功能一体的SiP封装结构的工艺方法，其特征在于：步骤五之后使用密封胶将圆孔与上空心圆柱体之间的缝隙密封起来。
8.根据权利要求6所述的一种光电收发功能一体的SiP封装结构的工艺方法，其特征在于：步骤二中的第一铜块和第二铜块由基板通过表面贴装工艺实现，或由MIS通过电镀铜凸块的工艺实现。
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